JP2023109636A - Wire grid polarization element, method for manufacturing the same, and optical apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワイヤグリッド偏光素子およびその製造方法ならびに光学機器に関する。 The present invention relates to a wire grid polarizing element, a manufacturing method thereof, and an optical apparatus.
偏光素子は、所定の方向の偏光を吸収し、これと直交する方向の偏光を透過させる光学素子である。液晶表示装置では、原理上、偏光素子が必要となる。特に、透過型液晶プロジェクタのような、光量の大きな光源を使用する液晶表示装置では、偏光素子は、強い輻射線を受けるため、耐熱性や耐光性が必要となるとともに、数cm程度の大きさ、高い消光比および反射率特性の制御が要求される。これらの要求に応えるため、ワイヤグリッド偏光素子が提案されている。 A polarizing element is an optical element that absorbs polarized light in a predetermined direction and transmits polarized light in a direction orthogonal thereto. In principle, a liquid crystal display device requires a polarizing element. In particular, in a liquid crystal display device that uses a light source with a large amount of light, such as a transmissive liquid crystal projector, the polarizing element receives strong radiation, so heat resistance and light resistance are required. , high extinction ratio and control of reflectance properties are required. Wire grid polarizers have been proposed to meet these demands.
ワイヤグリッド偏光素子は、透明基板と、透明基板の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチ(数十nm以上数百nm以下)で配列されており、所定方向に延在している格子状凸部と、を備える。ここで、格子状凸部は、透明基板の側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有する。この素子に光が入射すると、格子状凸部の延在方向に平行な電界成分を有するs偏光(TE波(s波))は、透過することができず、格子状凸部の延在方向に垂直な電界成分を有するp偏光(TM波(p波))は、透過する。 The wire grid polarizing elements are arranged on a transparent substrate and on one side of the transparent substrate at a pitch (several tens of nm or more and several hundred nm or less) shorter than the wavelength of light in the band of use, and extend in a predetermined direction. and a grid-like projection. Here, the grid-shaped convex portion has a reflective layer, a dielectric layer, and an absorbing layer in order from the transparent substrate side. When light is incident on this element, s-polarized light (TE wave (s wave)) having an electric field component parallel to the extending direction of the grid-like protrusions cannot be transmitted. P-polarized light (TM waves (p-waves)) with an electric field component perpendicular to is transmitted.
ワイヤグリッド偏光素子は、耐熱性や耐光性に優れ、比較的大きな素子を作製することができ、高い消光比を有している。また、多層構造とすることで反射率特性の制御も可能となり、素子の表面で反射された戻り光が装置内で再度反射されて生じる、ゴースト等による画質の劣化を低減させることから、液晶プロジェクタに適している。 A wire grid polarizing element is excellent in heat resistance and light resistance, can be made into a relatively large element, and has a high extinction ratio. In addition, the multi-layer structure makes it possible to control the reflectance characteristics, and reduces the deterioration of image quality caused by ghosts, etc., which are caused by the return light reflected on the surface of the element and reflected again inside the device. Suitable for
近年の液晶プロジェクタの高輝度化に伴い、ワイヤグリッド偏光素子に対して、高い耐熱性が要求されつつある。ワイヤグリッド偏光素子は、高温環境下で、格子状凸部が劣化して、偏光特性が低下することが懸念されていた。 With the recent increase in brightness of liquid crystal projectors, wire grid polarizing elements are required to have high heat resistance. In a wire grid polarizing element, there is a concern that the grid-like projections may deteriorate in a high-temperature environment, resulting in deterioration of the polarizing properties.
特許文献1には、反射層を構成する材料として、Alと、Au、B、Ce、Cr、Mo、Nb、Nd、Ni、Pt、Sc、Ta、TiまたはWとの複合物を用いることが記載されている。 In Patent Document 1, a compound of Al and Au, B, Ce, Cr, Mo, Nb, Nd, Ni, Pt, Sc, Ta, Ti, or W can be used as a material constituting the reflective layer. Are listed.
しかしながら、ワイヤグリッド偏光素子の耐熱性が不十分である。 However, the heat resistance of wire grid polarizers is insufficient.
本発明は、耐熱性を向上させることが可能なワイヤグリッド偏光素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a wire grid polarizing element capable of improving heat resistance.
本発明の一態様は、ワイヤグリッド偏光素子において、透明基板と、前記透明基板の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列されており、所定方向に延在している格子状凸部と、を備え、前記格子状凸部は、前記透明基板の側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、前記反射層は、AlNd合金を含む。 According to one aspect of the present invention, in a wire grid polarizing element, a transparent substrate is arranged on one surface of the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of light in a use band, and extends in a predetermined direction. a lattice-like convex portion, the lattice-like convex portion having, in order from the transparent substrate side, a reflective layer, a dielectric layer, and an absorbing layer; and the reflective layer includes an AlNd alloy. .
前記AlNd合金は、Ndの含有量が0.2at%以上であってもよい。 The AlNd alloy may have a Nd content of 0.2 atomic % or more.
前記透明基板は、前記使用帯域の光に対して透明であり、かつ、ガラス、水晶、石英またはサファイアを含んでもよい。 The transparent substrate is transparent to light in the used band and may include glass, crystal, quartz or sapphire.
前記誘電体層は、Si酸化物、Ti酸化物、Zr酸化物、Al酸化物、Nb酸化物またはTa酸化物を含んでもよい。 The dielectric layer may include Si oxide, Ti oxide, Zr oxide, Al oxide, Nb oxide or Ta oxide.
前記吸収層は、前記使用帯域の光を吸収し、かつ、金属、合金または半導体を含んでもよい。 The absorption layer absorbs light in the working band and may comprise a metal, alloy or semiconductor.
上記のワイヤグリッド偏光素子は、前記透明基板の他方の面に、反射防止層をさらに備えてもよい。 The wire grid polarizing element may further include an antireflection layer on the other surface of the transparent substrate.
上記のワイヤグリッド偏光素子は、保護膜により表面の少なくとも一部が覆われていてもよい。この場合、前記保護膜は、前記誘電体層に含まれる材料と同一の材料を含んでもよい。 At least part of the surface of the wire grid polarizing element may be covered with a protective film. In this case, the protective film may contain the same material as the material contained in the dielectric layer.
上記のワイヤグリッド偏光素子は、有機撥水膜により表面の少なくとも一部が覆われていてもよい。 At least part of the surface of the wire grid polarizing element may be covered with an organic water-repellent film.
本発明の他の一態様は、ワイヤグリッド偏光素子の製造方法において、透明基板の一方の面に、前記透明基板の側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を積層して、積層体を形成する工程と、前記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列されており、所定方向に延在している格子状凸部を形成する工程と、を含み、前記反射層は、AlNd合金を含む。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a wire grid polarizing element, in which a reflective layer, a dielectric layer, and an absorbing layer are laminated on one surface of a transparent substrate in this order from the transparent substrate side. a step of forming a laminate, and selectively etching the laminate to form grid-like projections arranged at a pitch shorter than the wavelength of light in the operating band and extending in a predetermined direction. and the reflective layer comprises an AlNd alloy.
前記AlNd合金は、Ndの含有量が0.2at%以上であってもよい。 The AlNd alloy may have a Nd content of 0.2 atomic % or more.
上記のワイヤグリッド偏光素子の製造方法は、前記透明基板の他方の面に、反射防止層を形成する工程をさらに含んでもよい。 The above method for manufacturing a wire grid polarizing element may further include forming an antireflection layer on the other surface of the transparent substrate.
上記のワイヤグリッド偏光素子の製造方法は、保護膜で表面の少なくとも一部を覆う工程をさらに含んでもよい。この場合、前記保護膜は、前記誘電体層に含まれる材料と同一の材料を含んでもよい。 The method for manufacturing the wire grid polarizing element described above may further include the step of covering at least part of the surface with a protective film. In this case, the protective film may contain the same material as the material contained in the dielectric layer.
上記のワイヤグリッド偏光素子の製造方法は、有機撥水膜で表面の少なくとも一部を覆う工程をさらに含んでもよい。 The method for manufacturing the wire grid polarizer may further include the step of covering at least a portion of the surface with an organic water-repellent film.
本発明の他の一態様は、光学機器において、上記のワイヤグリッド偏光素子を備える。 According to another aspect of the present invention, there is provided an optical instrument including the wire grid polarizing element described above.
本発明によれば、耐熱性を向上させることが可能なワイヤグリッド偏光素子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wire-grid polarizing element which can improve heat resistance can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[ワイヤグリッド偏光素子]
図1に、本実施形態のワイヤグリッド偏光素子の一例を示す。
[Wire grid polarizer]
FIG. 1 shows an example of the wire grid polarization element of this embodiment.
ワイヤグリッド偏光素子10は、透明基板11と、透明基板11の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチpで配列されており、Y軸方向に延在している、幅w、高さhの格子状凸部12と、を備える。
The wire grid polarizing
ここで、図1に示すように、格子状凸部12が延在している方向をY軸方向と称する。また、Y軸方向に直交し、透明基板11の主面に沿って、格子状凸部12がピッチpで配列されている方向をX軸方向と称する。さらに、Y軸方向およびX軸方向に直交し、透明基板11の主面に対して垂直な方向をZ軸方向と称する。なお、ワイヤグリッド偏光素子10に入射する光は、透明基板11のどちら側から入射してもよいが、透明基板11の格子状凸部12が形成されている側(グリッド面側)において、Z軸方向から入射することが好ましい。
Here, as shown in FIG. 1, the direction in which the grid-shaped
ワイヤグリッド偏光素子10は、透過、反射、干渉および光学異方性による偏光の選択的光吸収の4つの作用を利用することで、Y軸方向に平行な電界成分を有するs偏光(TE波(s波))を減衰させ、X軸方向に平行な電界成分を有するp偏光(TM波(p波))を透過させる。したがって、図1においては、Y軸方向がワイヤグリッド偏光素子10の吸収軸の方向であり、X軸方向がワイヤグリッド偏光素子10の透過軸の方向である。
The wire
ここで、高さhは、透明基板11の主面に垂直なZ軸方向の寸法を意味する。また、幅wは、ワイヤグリッド偏光素子10をY軸方向から見たときに、高さhに直交するX軸方向の寸法を意味する。さらに、ピッチpは、ワイヤグリッド偏光素子10をY軸方向から見たときに、格子状凸部12のX軸方向の繰り返し間隔である。
Here, the height h means the dimension in the Z-axis direction perpendicular to the main surface of the
ピッチpは、使用帯域の光の波長よりも短ければ、特に限定されないが、ワイヤグリッド偏光素子10の作製の容易性および安定性の観点から、例えば、100nm以上200nm以下であることが好ましい。ピッチpは、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて、観察することにより測定することができる。例えば、走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡を用いて、任意の4箇所のピッチpを測定し、その算術平均値をピッチpとすることができる。以下、この測定方法を電子顕微鏡法と称する。
The pitch p is not particularly limited as long as it is shorter than the wavelength of light in the used band, but from the viewpoint of the ease and stability of manufacturing the wire
図1に示すように、格子状凸部12は、透明基板11の側から順に、反射層12aと、誘電体層12bと、吸収層12cと、を有する。格子状凸部12は、透明基板11の一方の面に、一次元格子状に配列されているワイヤグリッド構造を有する。
As shown in FIG. 1, the lattice-
透明基板11の格子状凸部12が形成されている側(グリッド面側)から入射した光は、吸収層12cおよび誘電体層12bを通過する際に、一部が吸収されて減衰する。吸収層12cおよび誘電体層12bを透過した光のうち、p偏光(TM波(p波))は、高い透過率で反射層12aを透過する。一方、吸収層12cおよび誘電体層12bを透過した光のうち、s偏光(TE波(s波))は、反射層12aで反射される。反射層12aで反射されたs偏光は、誘電体層12bおよび吸収層12cを通過する際に、一部は吸収されるが、一部は反射して反射層12aに戻る。また、反射層12aで反射されたs偏光は、誘電体層12bおよび吸収層12cを通過する際に干渉して減衰する。以上のように、s偏光が選択的に減衰されることにより、ワイヤグリッド偏光素子10は、所望の偏光特性を得ることができる。
The light incident from the side of the
[反射層]
反射層12aは、透明基板11の一方の面に、ピッチpで配列されており、Y軸方向に延在している。反射層12aは、ワイヤグリッド偏光子としての機能を有し、反射層12aの延在方向に平行な方向の電界成分を有するs偏光(TE波(s波))を減衰させ、反射層12aの延在方向に直交する方向の電界成分を有するp偏光(TM波(p波))を透過させる。
[Reflection layer]
The
反射層12aは、AlNd合金を含む。これにより、ワイヤグリッド偏光素子10の耐熱性が向上する。その結果、高温環境下における反射層12aにおけるヒロックの発生が抑制され、反射層12aの反射率およびコントラストの低下が抑制される。
The
ワイヤグリッド偏光素子10の耐熱性の点で、AlNd合金中のNdの含有量は、0.2at%以上であることが好ましい。一方、反射層12aの反射率の点で、AlNd合金中のNdの含有量は、2.0at%以下であることが好ましい。
From the viewpoint of heat resistance of the wire
反射層12aの厚みは、特に限定されないが、例えば、100nm以上300nm以下であることが好ましい。なお、反射層12aの厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。
Although the thickness of the
反射層12aの形成方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。
A method for forming the
なお、反射層12aは、Nd合金の組成が異なる2層以上の積層体であってもよい。
The
[誘電体層]
誘電体層12bは、反射層12a上に形成されている。すなわち、誘電体層12bは、ピッチpで配列されており、Y軸方向に延在している。
[Dielectric layer]
The
誘電体層12bの厚みは、吸収層12cで反射したs偏光に対して、吸収層12cを透過して反射層12aで反射したs偏光の位相が半波長ずれる範囲となるように設定される。具体的には、誘電体層12bの厚みは、s偏光の位相を調整して干渉効果を高めることが可能であれば、特に限定されないが、例えば、1nm以上500nm以下の範囲で適宜設定される。なお、誘電体層12bの厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。
The thickness of the
誘電体層12bを構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、Si酸化物、Ti酸化物、Zr酸化物、Al酸化物、Nb酸化物またはTa酸化物等が挙げられる。
The material forming the
誘電体層12bの屈折率は、1.0より大きく、2.5以下であることが好ましい。反射層12aの光学特性は、誘電体層12bの屈折率の影響を受けるため、誘電体層12bを構成する材料を選択することで、ワイヤグリッド偏光素子10の光学特性を制御することができる。また、誘電体層12bの厚みおよび屈折率を適宜調整することにより、反射層12aで反射したs偏光が、吸収層12cを透過する際に、一部を反射させて反射層12aに戻すことができ、吸収層12cを通過したs偏光を干渉により減衰させることができる。このようにして、s偏光を選択的に減衰させることにより、所望の偏光特性を得ることができる。
Preferably, the refractive index of the
誘電体層12bの形成方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法等が挙げられる。
A method for forming the
なお、誘電体層12bは、構成する材料が異なる2層以上の積層体であってもよい。
In addition, the
[吸収層]
吸収層12cは、誘電体層12b上に形成されている。すなわち、吸収層12cは、ピッチpで配列されており、Y軸方向に延在している。
[Absorbing layer]
吸収層12cの厚みは、特に限定されないが、例えば、5nm以上50nm以下であることが好ましい。なお、吸収層12cの厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。
Although the thickness of the
吸収層12cを構成する材料としては、使用帯域の光を吸収する、すなわち、消衰係数が0ではない材料であれば、特に限定されないが、金属、合金、半導体等が挙げられる。金属としては、例えば、Ta、Al、Ag、Cu、Au、Mo、Cr、Ti、W、Ni、Fe、Sn等が挙げられる。合金としては、例えば、これらの金属のうち、1種以上の金属を含む合金等が挙げられる。また、半導体としては、例えば、Si、Ge、Te、ZnO、シリサイド材料(β-FeSi2、MgSi2、NiSi2、BaSi2、CrSi2、CoSi2、TaSi等)等が挙げられる。これにより、ワイヤグリッド偏光素子10は、可視光域に対して高い消光比が得られる。これらの中でも、吸収層12cは、FeまたはTaを含むとともに、Siを含むことが好ましい。
The material forming the
吸収層12cを構成する材料として、半導体を用いる場合には、光吸収に半導体のバンドギャップエネルギーが関与するため、半導体のバンドギャップエネルギーが使用帯域の光のエネルギー以下である必要がある。例えば、使用帯域が可視光域である場合、波長が400nm以上である光を吸収する、即ち、バンドギャップエネルギーが3.1eV以下である半導体を使用する必要がある。
When a semiconductor is used as the material for the
吸収層12cの形成方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。
A method for forming the
なお、吸収層12cは、構成する材料が異なる2層以上の積層体であってもよい。
Note that the
[透明基板]
透明基板11を構成する材料としては、使用帯域の光に対して透明であれば、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
[Transparent substrate]
The material constituting the
本明細書および特許請求の範囲において、「使用帯域の光に対して透明である」とは、使用帯域の光の透過率が100%であることを意味するものではなく、偏光素子としての機能を保持することが可能な光の透過率であることを意味する。使用帯域の光としては、例えば、波長が380nm以上810nm以下程度である可視光等が挙げられる。 In the present specification and claims, "transparent to light in the working band" does not mean that the transmittance of light in the working band is 100%, and functions as a polarizing element. It means that the transmittance of light can be maintained. The light in the use band includes, for example, visible light having a wavelength of approximately 380 nm or more and 810 nm or less.
透明基板11を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、水晶、石英、サファイア等の屈折率が1.1以上2.2以下である材料等が挙げられる。コストおよび透光率の観点からは、石英やガラスが好ましく、石英(屈折率1.46)やソーダ石灰ガラス(屈折率1.51)が特に好ましい。また、熱伝導性の観点からは、水晶やサファイアが好ましい。これにより、透明基板11の耐光性が向上し、発熱量が大きいプロジェクタの光学エンジン用の偏光素子として用いることができる。
The material forming the
なお、透明基板11を構成する材料として、水晶、サファイア等の光学活性を有する結晶を用いる場合には、結晶の光学軸に対して平行な方向または垂直な方向に格子状凸部12を配置することが好ましい。これにより、優れた光学特性が得られる。ここで、光学軸とは、その方向に進む光のO(常光線)とE(異常光線)の屈折率の差が最小となる方向軸である。
When a crystal having optical activity, such as quartz or sapphire, is used as the material for the
透明基板11の平均厚みは、特に限定されないが、例えば、0.3mm以上1mm以下であることが好ましい。また、透明基板11の主面の形状としては、特に限定されないが、例えば、矩形状等が挙げられる。
Although the average thickness of the
[反射防止層]
なお、ワイヤグリッド偏光素子10は、透明基板11の他方の面に、反射防止層をさらに備えていてもよい。
[Antireflection layer]
Note that the wire
反射防止層は、透明基板11上に形成されており、誘電体層12bを構成する材料と同様の材料で構成されている2層以上の多層膜である。例えば、屈折率の異なる低屈折率層と高屈折率層とが、交互に積層している反射防止層を形成することで、界面反射された光を干渉により減衰させることができる。
The antireflection layer is formed on the
反射防止層の厚みは、特に限定されないが、例えば、1nm以上500nm以下であることが好ましい。なお、反射防止層の厚みの測定方法としては、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡法等が挙げられる。 Although the thickness of the antireflection layer is not particularly limited, it is preferably, for example, 1 nm or more and 500 nm or less. The method for measuring the thickness of the antireflection layer is not particularly limited, but examples thereof include electron microscopy.
反射防止層は、誘電体層12bと同様の方法により、高密度膜として形成することができるが、反射防止層の密度の観点から、反射防止層の形成方法として、イオンビームアシストされたIAD法(Ion-beam Assisted Deposition)やIBS法(Ion Beam Sputtering)を用いることが望ましい。
The antireflection layer can be formed as a high-density film by a method similar to that for the
[保護膜]
ワイヤグリッド偏光素子10は、保護膜により表面の少なくとも一部が覆われていてもよい。ここで、保護膜を構成する材料は、誘電体層12bを構成する材料と同一である。これにより、ワイヤグリッド偏光素子10の耐久性が向上する。
[Protective film]
At least part of the surface of the wire
保護膜の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、CVD法、ALD法等が挙げられる。 The method for forming the protective film is not particularly limited, but examples thereof include CVD method and ALD method.
なお、保護膜は、誘電体層12bと同様に、構成する材料が異なる2層以上の積層体であってもよい。
It should be noted that the protective film may be a laminate of two or more layers composed of different materials, similar to the
[有機撥水膜]
ワイヤグリッド偏光素子10は、有機撥水膜により表面の少なくとも一部が覆われていてもよい。これにより、ワイヤグリッド偏光素子10の耐湿性が向上する。
[Organic water-repellent film]
At least part of the surface of the wire
有機撥水膜を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、トリデカフルオロオクチルトリクロロシラン(FOTS)等のフッ素系シラン化合物等が挙げられる。 The material forming the organic water-repellent film is not particularly limited, but examples thereof include fluorine-based silane compounds such as tridecafluorooctyltrichlorosilane (FOTS).
有機撥水膜の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、CVD法、ALD法等が挙げられる。 A method for forming the organic water-repellent film is not particularly limited, but examples thereof include CVD method and ALD method.
[ワイヤグリッド偏光素子の製造方法]
ワイヤグリッド偏光素子10の製造方法は、透明基板11の一方の面に、透明基板11の側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を積層して、積層体を形成する工程と、積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列されており、所定方向に延在している格子状凸部12を形成する工程と、を含む。
[Manufacturing method of wire grid polarizing element]
The wire
積層体を選択的にエッチングする際には、まず、積層体上に、例えば、フォトリソグラフィ法、ナノインプリント法等により、レジストを用いて、一次元格子状のマスクパターンを形成する。次に、積層体のマスクパターンが形成されていない領域をエッチングする。 When selectively etching the laminate, first, a one-dimensional grid-like mask pattern is formed on the laminate using a resist by, for example, photolithography, nanoimprinting, or the like. Next, the region of the layered body where the mask pattern is not formed is etched.
エッチング方法としては、特に限定されないが、例えば、エッチング対象に対応するエッチングガスを用いるドライエッチング法等が挙げられる。 The etching method is not particularly limited, but includes, for example, a dry etching method using an etching gas corresponding to the object to be etched.
なお、ワイヤグリッド偏光素子10の製造方法は、透明基板11の他方の面に、反射防止層を形成する工程をさらに含んでいてもよい。また、ワイヤグリッド偏光素子10の製造方法は、保護膜で表面の少なくとも一部を覆う工程をさらに含んでいてもよいし、有機撥水膜で表面の少なくとも一部を覆う工程をさらに含んでいてもよい。
The method for manufacturing the wire
[光学機器]
本実施形態の光学機器は、本実施形態のワイヤグリッド偏光素子を備える。
[Optical equipment]
The optical equipment of this embodiment includes the wire grid polarization element of this embodiment.
本実施形態の光学機器としては、特に限定されないが、例えば、液晶ディスプレイ、液晶プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、車のヘッドライト等が挙げられる。これらの中でも、本実施形態のワイヤグリッド偏光素子の耐熱性を考慮すると、液晶プロジェクタが好ましい。 Examples of the optical device of the present embodiment include, but are not particularly limited to, a liquid crystal display, a liquid crystal projector, a head-up display, a car headlight, and the like. Among these, the liquid crystal projector is preferable in consideration of the heat resistance of the wire grid polarizing element of this embodiment.
本実施形態の光学機器が複数の偏光素子を備える場合、複数の偏光素子の少なくとも1つが本実施形態のワイヤグリッド偏光素子であればよい。例えば、本実施形態の光学機器が液晶プロジェクタである場合、液晶パネルの入射側及び出射側に配置される偏光素子の少なくとも一方が本実施形態のワイヤグリッド偏光素子であればよい。 When the optical device of this embodiment includes a plurality of polarizing elements, at least one of the plurality of polarizing elements may be the wire grid polarizing element of this embodiment. For example, when the optical apparatus of this embodiment is a liquid crystal projector, at least one of the polarization elements arranged on the incident side and the exit side of the liquid crystal panel may be the wire grid polarization element of this embodiment.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨の範囲内で、上記の実施形態を適宜変更してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and the above embodiments may be modified as appropriate within the scope of the present invention.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
[実験例1]
透明基板11としての、ガラス基板B270(ショット製)上に、反射層12aとしての、Ndの含有量が0.2at%であるAlNd合金膜を250nm成膜し、ワイヤグリッド偏光素子を模したテストピース(図2参照)を得た。
[Experimental example 1]
An AlNd alloy film with a Nd content of 0.2 at % was formed as the
[比較実験例1]
AlNd合金膜の代わりに、Al膜を成膜した以外は、実験例1と同様にして、テストピースを得た。
[Comparative Experimental Example 1]
A test piece was obtained in the same manner as in Experimental Example 1, except that an Al film was formed instead of the AlNd alloy film.
[耐熱試験1]
300℃に加熱したオーブンに、テストピースを1000時間放置することにより、耐熱試験1を実施した。
[Heat test 1]
Heat resistance test 1 was performed by leaving the test piece in an oven heated to 300° C. for 1000 hours.
[顕微鏡観察]
顕微鏡を用いて、耐熱試験1を実施する前後のテストピースの反射層の表面を観察した。
[Microscopic observation]
Using a microscope, the surface of the reflective layer of the test piece before and after the heat resistance test 1 was observed.
図3に、耐熱試験1を実施する前後の反射層の表面の顕微鏡写真を示す。図3から、比較実験例1のAl膜は、ヒロックの発生が多く見られるのに対し、実験例1のAlNd合金膜は、ヒロックの発生がほぼ見られないことがわかる。 FIG. 3 shows micrographs of the surface of the reflective layer before and after the heat resistance test 1 was performed. As can be seen from FIG. 3, the Al film of Comparative Experimental Example 1 has many hillocks, whereas the AlNd alloy film of Experimental Example 1 has almost no hillocks.
[n偏光反射率の変動]
耐熱試験1の加熱時間が所定時間である時のテストピースの反射層に、入射角度5°でs偏光およびp偏光を入射し、分光測定器を用いて、n偏光反射率を測定した。なお、n偏光反射率は、p偏光反射率とs偏光反射率の平均である。
[Change in n-polarization reflectance]
S-polarized light and p-polarized light were incident at an incident angle of 5° on the reflective layer of the test piece when the heating time of the heat resistance test 1 was a predetermined time, and the n-polarized light reflectance was measured using a spectrophotometer. The n-polarization reflectance is the average of the p-polarization reflectance and the s-polarization reflectance.
図4に、耐熱試験1の加熱時間に対する反射層のn偏光反射率の変動量の関係を示す。図4から、実験例1のAlNd合金膜は、比較実験例1のAl膜と比較して、耐熱試験1によるn偏光反射率の変動が抑制されることがわかる。 FIG. 4 shows the relationship between the amount of change in the n-polarized light reflectance of the reflective layer and the heating time in heat resistance test 1. As shown in FIG. As can be seen from FIG. 4, the AlNd alloy film of Experimental Example 1 suppresses the variation of the n-polarized light reflectance in the heat resistance test 1 as compared with the Al film of Comparative Experimental Example 1. FIG.
[実施例1]
透明基板の一方の面に、透明基板の側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を積層して、積層体を形成した後、積層体を選択的にエッチングすることにより、格子状凸部を形成し、ワイヤグリッド偏光素子(図1参照)を得た。ここで、積層体を選択的にエッチングする際には、フォトリソグラフィ法により、レジストを用いて、一次元格子状のマスクパターンを積層体上に形成した後、ドライエッチング法により、積層体のマスクパターンが形成されていない領域をエッチングした。なお、ワイヤグリッド偏光素子の構成は、以下の通りである。
透明基板:ガラス基板
反射層:Ndの含有量が0.2at%であるAlNd合金膜(厚み250nm)
誘電体層:SiO2膜(厚み5nm)
吸収層:FeSi膜(厚み25nm)
反射防止層:SiO2膜とTiO2膜の多層膜
保護膜:SiO2膜(厚み15nm)
格子状凸部のピッチp:141nm
格子状凸部の幅w:50nm
[Example 1]
By laminating a reflective layer, a dielectric layer, and an absorbing layer on one surface of a transparent substrate in this order from the transparent substrate side to form a laminate, and then selectively etching the laminate. , lattice-like projections were formed to obtain a wire grid polarizing element (see FIG. 1). Here, when selectively etching the laminate, a one-dimensional lattice-like mask pattern is formed on the laminate using a resist by a photolithography method, and then a mask for the laminate is formed by a dry etching method. The unpatterned areas were etched. The configuration of the wire grid polarization element is as follows.
Transparent substrate: glass substrate Reflective layer: AlNd alloy film with a Nd content of 0.2 at% (thickness: 250 nm)
Dielectric layer: SiO2 film (thickness 5 nm)
Absorption layer: FeSi film (thickness 25 nm)
Antireflection layer: multilayer film of SiO2 film and TiO2 film Protective film: SiO2 film (thickness 15 nm)
Pitch p of lattice-shaped convex portions: 141 nm
Width w of grid-like protrusions: 50 nm
[比較例1]
反射層として、AlNd合金膜の代わりに、Al膜を成膜した以外は、実施例1と同様にして、ワイヤグリッド偏光素子を得た。
[Comparative Example 1]
A wire grid polarizer was obtained in the same manner as in Example 1, except that an Al film was formed as the reflective layer instead of the AlNd alloy film.
[耐熱試験2、3]
300℃および350℃に加熱したオーブンに、ワイヤグリッド偏光素子を1000時間放置することにより、それぞれ耐熱試験2および耐熱試験3を実施した。
[Heat test 2, 3]
Heat resistance test 2 and heat resistance test 3 were carried out by leaving the wire grid polarizing element in ovens heated to 300° C. and 350° C. for 1000 hours, respectively.
[コントラスト(CR)の変動]
耐熱試験2、3の加熱時間が所定時間である時のワイヤグリッド偏光素子に、入射角度5°でs偏光およびp偏光を入射し、分光測定器を用いて、CRを測定した。なお、CRは、s偏光透過率に対するp偏光透過率の比である。
[Contrast (CR) variation]
S-polarized light and p-polarized light were incident at an incident angle of 5° to the wire grid polarizer when the heating time in heat resistance tests 2 and 3 was a predetermined time, and CR was measured using a spectrometer. Note that CR is the ratio of p-polarized light transmittance to s-polarized light transmittance.
図5および図6に、それぞれ耐熱試験2および3の加熱時間に対する反射層のCRの変化率の関係を示す。図5および図6から、実施例1のワイヤグリッド偏光素子は、比較例1のワイヤグリッド偏光素子と比較して、耐熱試験2および3によるコントラストの変動が抑制されることがわかる。 5 and 6 show the relationship between the CR change rate of the reflective layer and the heating time in heat resistance tests 2 and 3, respectively. 5 and 6 that the wire grid polarizing element of Example 1 suppresses variations in contrast in heat resistance tests 2 and 3 compared to the wire grid polarizing element of Comparative Example 1. FIG.
10 ワイヤグリッド偏光素子
11 透明基板
12 格子状凸部
12a 反射層
12b 誘電体層
12c 吸収層
REFERENCE SIGNS
Claims (14)
前記透明基板の一方の面に、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列されており、所定方向に延在している格子状凸部と、を備え、
前記格子状凸部は、前記透明基板の側から順に、反射層と、誘電体層と、吸収層と、を有し、
前記反射層は、AlNd合金を含む、ワイヤグリッド偏光素子。 a transparent substrate;
a grid-like protrusion arranged on one surface of the transparent substrate at a pitch shorter than the wavelength of light in the operating band and extending in a predetermined direction;
the lattice-shaped convex portion has a reflective layer, a dielectric layer, and an absorbing layer in order from the transparent substrate side;
A wire grid polarizer, wherein the reflective layer includes an AlNd alloy.
前記保護膜は、前記誘電体層に含まれる材料と同一の材料を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光素子。 At least part of the surface is covered with a protective film,
The wire grid polarizing element according to any one of claims 1 to 6, wherein the protective film contains the same material as that contained in the dielectric layer.
前記積層体を選択的にエッチングすることにより、使用帯域の光の波長よりも短いピッチで配列されており、所定方向に延在している格子状凸部を形成する工程と、を含み、
前記反射層は、AlNd合金を含む、ワイヤグリッド偏光素子の製造方法。 laminating a reflective layer, a dielectric layer, and an absorbing layer on one surface of a transparent substrate in this order from the transparent substrate side to form a laminate;
a step of selectively etching the laminate to form grid-like projections arranged at a pitch shorter than the wavelength of light in the operating band and extending in a predetermined direction;
The method for manufacturing a wire grid polarizer, wherein the reflective layer includes an AlNd alloy.
前記保護膜は、前記誘電体層に含まれる材料と同一の材料を含む、請求項9から11のいずれか一項に記載のワイヤグリッド偏光素子の製造方法。 further comprising covering at least part of the surface with a protective film;
12. The method of manufacturing a wire grid polarizing element according to claim 9, wherein said protective film contains the same material as that contained in said dielectric layer.
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